Journal of Infectious Diseases Advance Access published April 29, 2014 1  Suppression of basophil histamine‐release and other IgE‐dependent responses in childhood  Schistosoma mansoni/hookworm co‐infection 

cr ipt

  Angela Pinot de Moira1, Colin M. Fitzsimmons1, Frances M. Jones1, Shona Wilson1, Pierre Cahen1,  Edridah Tukahebwa2, Harriet Mpairwe3, Joseph K. Mwatha4, Jeffrey M. Bethony5, Per S. Skov6,  Narcis B. Kabatereine2, and David W. Dunne1 

2

Vector Control Division, Ministry of Health, Kampala, PO Box 1661, Uganda 

3

MRC/UVRI Uganda Research Unit on AIDS, P.O. Box 49, Entebbe, Uganda 

4

Centre for Biotechnology Research and Development, Kenya Medical Research Institute, Nairobi, 

an

us

Department of Pathology, University of Cambridge, Cambridge, CB2 1QP, United Kingdom 

P.O. BOX 54840 – 00200, Kenya 

Department of Microbiology, Immunology, and Tropical Medicine, George Washington University, 

Washington, DC 20037, USA  6

M

5

RefLab ApS, DK‐2200 Copenhagen, Denmark 

pt ed

Address all reprint requests or correspondence to: Angela Pinot de Moira, PhD, Department of  Pathology, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom CB2 1QP, Tel: +441223 333338; fax:  +441223 333741; Email: [email protected] 

Alternative corresponding author: Prof. David Dunne, PhD, Department of Pathology, University of  Cambridge, Cambridge, United Kingdom CB2 1QP, Tel: +441223 333338; fax: +441223 333741; 

ce

Email: [email protected]   

Ac

 

© The Author 2014. Published by Oxford University Press on behalf of the Infectious Diseases  Society of America.  This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution  License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/), which permits unrestricted reuse,  distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

1

2  Abstract   Background: The poor correlation between allergen‐specific‐IgE (asIgE) and clinical signs of allergy in 

cr ipt

helminth infected populations suggests that helminth infections could protect against allergy by  uncoupling asIgE from its effector mechanisms.  We investigated this hypothesis in Ugandan  schoolchildren coinfected with Schistosoma mansoni and hookworm. 

Methods: Skin prick test (SPT) sensitivity to house dust mite allergen (HDM) and current wheeze  were assessed pre‐anthelmintic treatment.  Non‐specific (anti‐IgE), helminth‐specific and HDM‐

an

Results: Non‐specific‐ and helminth‐specific‐HR, and associations between helminth‐specific‐IgE and  helminth‐specific‐HR increased post‐treatment. Hookworm infection appeared to modify the  relationship between circulating levels of HDM‐IgE and HR: a significant positive association was 

M

observed among children without detectable hookworm infection but no association was observed  among infected children. In addition, hookworm infection was associated with a significantly 

pt ed

reduced risk of wheeze, and IgG4 to somatic adult hookworm antigen with a reduced risk of HDM‐ SPT sensitivity. There was no evidence for S. mansoni infection having a similar suppressive effect on  HDM‐HR or symptoms of allergy.  

Conclusions: Basophil responsiveness appears suppressed during chronic helminth infection; at least  in hookworm infection, this suppression may protect against allergy.   

ce

 

Ac

 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

responses were measured pre‐ and post‐treatment.  

us

allergen‐specific basophil histamine release (HR), plus helminth‐ and HDM‐specific IgE and IgG4 

3  Introduction   

cr ipt

Prevalence of allergy has increased markedly since the beginning of the 20th century[1].   Epidemiological observations suggest that this may be related to environmental and lifestyle 

changes associated with urbanisation, as allergies appear more common in developed than in 

developing countries[2] and even within countries there appears to be distinct division between 

the burden of allergy appears also to be increasing[6].  

Allergic (IgE‐mediated) disorders are usually confirmed by measuring skin prick test (SPT) 

an

sensitivity or allergen‐specific IgE (asIgE)[7]. However, these two measures are often poorly  correlated and weakly specific for clinical phenotypes.  In a large‐scale study conducted by the  International Study of Asthma and Allergy in Childhood (ISAAC) group, this discordance varied 

M

dramatically by geography, with a strong negative correlation with gross national income per capita  (GNI)[8]. Furthermore, although no overall association between asIgE and GNI was observed, there 

pt ed

was a weak positive association between SPT and GNI.  Similar observations have been made  elsewhere[9]. One explanation could be the greater prevalence of helminth infection in lower GNI  countries.  Infection with helminths has similarly been associated with discordance between asIgE  and SPT sensitivity[10‐12] and there is growing evidence that at least some species of helminth  protect against allergy[13, 14].  

ce

Immune responses seen in allergy and during helminth infection are markedly similar.  Both 

are Th2‐biased, with elevated levels of interleukin (IL)‐4, ‐5 and ‐13 cytokines, IgE and IgE‐effector 

Ac

cells, such as basophils and eosinophils. In helminthiasis, specific IgE responses are associated with  immunity to infection[15‐18]; however, this immunity is only partial and appears finely balanced 

between the IgE‐effector mechanisms of IgE and IgG4 down‐regulatory effects[16, 18‐21], which is 

able to block IgE antigen binding and suppress IgE‐effector cells by engaging FcRIIB[22].  Regulatory 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

 

us

rural and urban environments[3‐5].  Furthermore, as urbanisation increases in developing countries, 

4  cells and cytokines such as Tregs, IL‐10 and TGF‐β are also up‐regulated in helminthiasis[23],  together preventing allergic inflammation.  

cr ipt

We hypothesise that immunoregulatory responses seen in helminth infection reduce the  response of IgE‐effector cells such as basophils to IgE‐mediated activation, uncoupling IgE from its 

effector mechanisms, resulting in suppressed responses to both parasite and non‐parasite antigens.   Here, we test this hypothesis in schoolchildren from an area co‐endemic for Schistosoma mansoni  and hookworm by – 1) measuring changes in specific and non‐specific histamine release (HR) in 

schistosomiasis and hookworm respectively and ‐ 2) examining associations between antigen‐

an

specific‐IgE and antigen‐specific‐HR, and how these are influenced by helminth infection.  We  further hypothesise that the uncoupling of asIgE from its effector mechanisms has downstream  effects to limit allergy; we test this by measuring house dust mite skin‐prick‐test (HDM‐SPT) 

 

pt ed

Materials and Methods 

M

sensitivity and current wheeze, and how these are influenced by current helminth infection. 

Study population  

This study was conducted in Bwondha Village, on the shoreline of Lake Victoria, Mayuge District,  Uganda. Ethical clearance was obtained from the Uganda National Council of Science and  Technology. Full study details are given elsewhere[24]. Briefly, a register of all children (n=795) 

ce

attending Bwondha Primary School was drawn up and from this, 350 children aged 7‐16 years were 

selected by simple random sampling.  Written informed consent was obtained from all 

Ac

parents/guardians of sampled individuals who agreed to participate. Questionnaires were  administered to the most relevant parent/guardian, recording household socio‐economic  characteristics (e.g. parental occupation and education, house construction, water sources,  sanitation, asset ownership). Wheeze in the last 12‐months was collected by questions adapted from 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

whole blood 8‐weeks after concurrent praziquantel and albendazole administration to treat 

5  the ISAAC questionnaire[2]; recall bias is likely to minimal within 12‐months. All questionnaires were  translated and administered in Luganda, the predominant language in Bwondha.   

cr ipt

  Treatment, blood and stool collection 

In July 2010, 350 children were treated once with albendazole (400mg) and twice with praziquantel  (40mg/kg bodyweight, 1‐week apart).  Venous blood samples (5ml) were collected from children 

pre‐ and 8 weeks post‐treatment. Three stool samples were collected on three consecutive days, 

determine treatment efficacy. Two 50mg Kato‐Katz thick‐smear slides were prepared from each 

an

sample and examined microscopically (within 30min of preparation for hookworm quantification).   Of the 350 children recruited, 240 completed the study.  Loss to follow‐up was mainly related to the  transient nature of the study population.  

M

 

Parasite and environmental antigens 

pt ed

Crude somatic adult hookworm antigen extract (AHW) was prepared from Ancylostoma caninum,  from canines. A Puerto Rican strain of S. mansoni, maintained in outbred mice and Biomphalaria  glabrata, was used for production of schistosome crude antigens. Adult worms were recovered from  mice 6 weeks after infection, and parasite eggs isolated from liver tissue. Soluble worm antigen  (SWA) was prepared from frozen worms, and saline‐soluble egg antigen (SEA) from frozen eggs, as 

ce

previously described[15, 25]. House dust mite antigen (HDM) was an equal mixture of  Dermatophagoides farinae and D. pteronyssinus) (Greer, Lenoir, USA). 

Ac

 

Skin prick testing 

Skin prick testing for HDM sensitivity was conducted pre‐treatment using standard procedures[26].  

Histamine was used as a positive control and saline solution as a negative control. A mean wheal  diameter ≥3mm compared to the negative control was defined as a positive reaction, with the 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

pre‐treatment and 5‐weeks post‐treatment, to detect treatment failure/noncompliance and 

6  reading taken 15 minutes after pricking allergen onto the volar side of the forearm.  HDM allergen,  controls and lancets were obtained from ALK‐Abello (Horsholm, Denmark).  

cr ipt

  Histamine release assays 

Histamine‐binding glass fibre‐coated microtitre plates (RefLab ApS, Copenhagen, Denmark ) were  coated with 25µl/well of antigen in triplicate, at concentrations of 7g/ml (α‐IgE, Dako, Glostrop,  Denmark), 20g/ml (SEA), 20g/ml (SWA) and 7g/ml (HDM), and with histamine standards, in 

were dried for 6 hours at 37˚C, then packed and sealed for use in Bwondha.  25ul/well of AHW 

an

antigen at 20ug/ml diluted in PIPES Buffer (RefLab ApS) was added in triplicate to plates in the field.  HR assays followed a similar protocol to that described previously[27], but with the washing  stage omitted, thus measuring direct HR by unwashed whole blood.  Briefly, 25µl of PIPES buffer was 

M

added to each well of glass fibre‐coated microtitre antigen‐coated plates to dissolve antigen,  followed by 25µl of unwashed whole blood. Plates were incubated for 1 hour at 37˚C to allow HR 

pt ed

and then washed with distilled H2O.  Plates were dried, away from direct sunlight for 24hours, then  stored in the dark at room temperature before being shipped to Cambridge, UK, for histamine  analysis. Histamine was measured by spectrofluorometry as described elsewhere[28], and results  expressed as ng HR/mL blood.   

ce

Antibody assays  

Plasma was separated from venous blood samples and stored at ‐80°C until required. IgE and IgG4 

Ac

levels to AHW, SEA, SWA and HDM were measured by ELISA as described elsewhere[29]. Briefly, 

antigen, 15l/well, was placed in 384‐well plates at saturation coating concentrations of 5g/ml  (AHW), 1.2g/ml (SEA), 8g/ml (SWA) and 2g/ml (HDM) as determined by titration. 15l of sample 

plasma and non‐infected plasma controls were assayed in duplicate at dilutions of 1/20 (IgE) and  1/200 (IgG4). A 3‐fold serial dilution of purified human IgG4 (Sigma‐Aldrich) or IgE myeloma 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

triplicate, at 80, 50, 40, 30, and 10ug/ml, diluted in water containing 5% glycerol.  Coated plates 

7  (Calbiochem) was added directly to each plate to form a 14‐point standard curve, starting at  30g/ml. For schistosome and HDM assays, detection was as described in Fitzsimmons et al[29].  For 

cr ipt

AHW assays, detection was as described in Pinot de Moira et al[24].   For total‐IgE (tIgE) ELISAs, microplates were coated in carbonate/bicarbonate coating buffer  pH9.6 with 15ul/well of mouse monoclonal anti‐human IgE antibody, clone G7‐18 at 2ug/ml (BD  Pharmingen, Oxford, UK) and monoclonal mouse anti‐human biotinylated IgE (clone G7‐26) (BD  Pharmingen) was used for detection. Otherwise assays were as described above. 

Statistical analysis 

an

Infection intensity was expressed as mean egg count per gram (epg). Due to overdispersion, epg  values were transformed to the logarithm, ln(epg+1) for statistical analysis. Details relating to  household economic characteristics were used to construct a proxy measure of socio‐economic 

M

status (SES), using principle component analysis, as described previously[30, 31].   Detection thresholds for positive helminth‐specific isotype responses were calculated as the 

pt ed

mean plus 3 standard deviations (SD) of non‐infected European control plasma samples, and for tIgE  and anti‐HDM responses, as the mean plus 3 SDs of blank wells. Histamine readings were analysed  after subtracting spontaneous HR. Due to overdispersion, antibody and histamine readings were log‐ transformed with an integer giving the best transformation, k, added/subtracted, and geometric  means (GM) calculated.   

ce

Significant changes between HR pre‐ and post‐treatment were determined using paired t‐

tests.  Associations between antigen‐specific‐HR and antigen‐specific‐IgE were explored using linear 

Ac

regression analysis; the significance of any change in these associations post‐treatment was tested 

using 2‐level linear regression models to allow for correlation within children, with time as “level 1” 

units and child as “level 2” units, with an interaction term fitted between time and antigen‐specific‐ IgE.   

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

 

8  Two further analyses were conducted on HDM‐HR data: i) the effect modifying behaviour of  hookworm infection or S. mansoni infection intensity on associations between HDM‐IgE and HDM‐

cr ipt

HR were analysed using pre‐treatment data in linear regression analysis, with an interaction term  between HDM‐IgE and hookworm prevalence or ln(S. mansoni epg+1); ii) change between HDM‐HR  pre‐ and post‐treatment was calculated as the difference between logarithms of post‐ and pre‐

treatment HR; linear regression models were then constructed to analyse how post‐treatment HDM‐ IgE and pre‐treatment infection influenced this change, with an interaction term between HDM‐IgE 

included as a binary variable for ease of interpretation and to ensure correct specification of the 

an

model; the high prevalence of schistosomiasis gave insufficient power to model S. mansoni as a  binary variable, therefore it was included as a continuous variable.  

Pre‐treatment helminth infection and antibody response effects on HDM‐SPT sensitivity and 

M

current wheeze was analysed using logistic regression.  All regression models were adjusted for age,  sex and SES; for this, age was classified into two binary groups of roughly equal size (7‐10 years, 11‐

pt ed

16 years) and SES fitted as the logarithm of the continuous variable.  Multilevel models were fitted in MLwiN (Bristol University, UK); all other analyses were  conducted using Stata 12.1 (StataCorp, USA).    Results 

ce

Study Characteristics 

As detailed elsewhere[24], of the 350 children selected for recruitment, 240 were enrolled in the 

Ac

study and provided assent, donated at least two pre‐treatment stool samples, blood samples pre‐  and 8‐weeks post‐treatment, and complied with treatment procedures. The comparative  characteristics of these 240 children and original 350 children selected are given in Table 1. S. 

mansoni and hookworm infection prevalence was 93.8% (CI95%: 89.9, 96.5) and 80.4% (CI95%: 74.8, 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

and hookworm prevalence or ln(S. mansoni epg+1). For both of these analyses hookworm was 

9  85.2) respectively; overall GM infection intensity was 172.73 (CI95%: 131.61, 226.72) for S. mansoni  and 71.75 (CI95%: 51.52, 99.90) for hookworm.   

cr ipt

  Changes in non‐specific (α‐IgE‐induced) HR 8 weeks post anthelmintic treatment 

Total IgE levels decreased significantly post‐treatment (Figure 1, p=0.04). Figure 2 shows pre‐ and 

post‐treatment in vitro basophil HR following incubation of whole blood with specific antigen or α‐ IgE; P‐values indicate the level of significance for pre‐ vs. post‐treatment differences. Despite a 

 

an

Changes in hookworm‐HR 8 weeks post anthelmintic treatment 

Although AHW‐IgG4 decreased significantly post‐treatment (P0.09), or for infection influencing risk of HDM‐SPT 

pt ed

sensitivity (P>0.13); however, IgG4 responsiveness to AHW was associated with a reduced risk of  HDM‐SPT sensitivity (ORadj=0.21, p=0.03).     

Similarly to SPT‐sensitivity, prevalence of wheeze in the last 12‐months was also low, with 

only 8.22% of children affected.  No association was observed between HDM‐IgE or HDM‐SPT  sensitivity and risk of wheeze [ORadj=1.18 (CI95%:0.58, 2.39), P=0.65 and ORadj=1.37 (0.16, 12.04), 

ce

P=0.78 respectively], a borderline significant association was observed between HDM‐HR and risk of  wheeze [ORadj=1.35 (CI95%: 0.96, 1.91), P=0.07]. Again, there was no evidence for either hookworm or 

Ac

S. mansoni infection influencing these relationships (interaction terms P>0.14); however, hookworm  infection and IgG4 responsiveness to AHW were both associated with a significantly decreased risk  of wheeze [ORadj=0.29 (CI95%:0.10, 0.87), P= 0.03 and ORadj=0.36 (CI95%:0.13, 1.02), P=0.05 

respectively]. The protective influence of hookworm infection against wheeze appeared dose‐

dependent, with heavier hookworm infection intensities associated with lowest risk of wheeze 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

had any influence on symptoms of allergy, we measured pre‐treatment SPT sensitivity to HDM and 

12  [ORadj=0.80 (CI95%:0.65, 0.98), P=0.03].  There was no association between S. mansoni infection  intensity and risk of wheeze [ORadj=1.05 (CI95%:0.82, 1.34)].  

cr ipt

  Discussion     

There is growing evidence that infection with some helminth species offers protection 

against allergy[13, 14].  Poor correlations between as‐IgE and SPT sensitivity, and as‐IgE and clinical 

uncoupling asIgE from its effector mechanisms. We investigated this hypothesis in Ugandan 

an

schoolchildren resident in a S. mansoni and hookworm co‐endemic area, using whole blood assays to  include both cellular and humoral factors. We observed increased non‐specific and helminth‐specific  HR after anthelmintic treatment, as well as stronger associations between helminth‐specific IgE and 

M

helminth‐specific HR. There was also evidence for hookworm infection modifying the influence of  HDM‐IgE on HDM‐HR, and reducing risk of wheeze. Further, AHW‐IgG4 responsiveness was 

pt ed

associated with reduced risk of HDM‐SPT sensitivity. Although average age and hookworm and S.  mansoni infection prevalence were slightly higher among children completing the study, this is  unlikely to have biased results; all other measured characteristics were comparable among those  completing and not completing the study.   

ce

Few studies have investigated basophil function during human helminth infection. Although basophil 

competence has been demonstrated in human hookworm infection[32], ours is the first study to 

Ac

investigate treatment effects on basophil function in a hookworm‐endemic population. Basophil 

function in S. mansoni‐infection, has shown similar trends towards increased HR post‐treatment.   For example, adult S. mansoni‐antigen‐induced HR from basophils passively sensitised with human  infection sera increased  post‐treatment, and suggested that IgG4‐mediated down‐regulation  occurred during active infection[28].  We also observed increases in α‐IgE‐, SEA‐ and SWA‐HR in 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

signs of allergy in helminth‐infected populations[10‐12] suggests that this protection may act by 

13  washed basophils from Ugandan fishermen exposed to S. mansoni[27], while Larson et al[33]  reported increases in non‐specific IgE‐dependent and IgE‐independent HR in washed basophils 

cr ipt

following anthelmintic treatment of a small sample of Ascaris lumbricoides‐ and Trichuris trichiura‐ infected children.   

We have previously observed elevated blood basophil counts in helminth‐infected 

individuals using precise basophil measurements (Cahen, unpublished data), indicating that the post‐ treatment increases in measured HR to anti‐IgE, SWA‐HR and AHW‐HR observed here, truly reflect 

assays to measure HR, this increase in HR could reflect changes in both cellular responsiveness (i.e. 

specific IgG4).  

an

intracellular signal transduction) and humoral factors (i.e. circulating total and specific IgE and 

Schistosomiasis treatment with praziquantel disrupts the tegument of adult worms, 

M

exposing otherwise sequestered allergen‐like antigens such as Schistosoma mansoni tegumental‐ allergen‐like 1 protein (SmTAL1). Hence, anti‐worm‐IgE levels often increase post‐treatment[24, 34], 

pt ed

as here. Increases in SWA‐IgE could explain observed increases in SWA‐HR; however it is unlikely to  explain the significant increased strength of association between SWA‐IgE and SWA‐HR.  In addition,  responses to schistosome egg and adult hookworm antigens are generally not boosted by  treatment[24, 34, 35]. In this study, neither SEA‐IgE nor AHW‐IgE were significantly affected by  treatment. However SEA‐IgG4 and AHW‐IgG4 levels fell post‐treatment, most markedly for AHW‐

ce

IgG4. This drop in IgG4 levels, together with increases in α‐IgE‐HR, the dramatic increases in AHW‐ HR, and the increased strength of association between helminth‐specific IgE and helminth‐specific 

Ac

HR post‐treatment, suggests a state of immunosuppresion during chronic helminth infection, which  reduces basophils’ ability to respond to IgE‐mediated activation. The fact that associations between  IgE and IgE‐mediated HR appear restored 8‐weeks post‐treatment, demonstrates that this helminth‐

mediated suppression is rapidly reversed upon anthelmintic treatment.   

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

enhanced HR rather than simply increased circulating basophil numbers. Since we used whole blood 

14  Unfortunately, since schistosomiasis and hookworm were treated concurrently, it is not  possible to determine whether one or both parasites are responsible for this suppression. However, 

cr ipt

hookworm is clearly implicated since hookworm infection significantly modified the association  between HDM‐IgE and HDM‐HR. No association was observed between HDM‐IgE and HDM‐HR  among hookworm‐infected children, but a strong positive association was observed among 

uninfected children. Further, HDM‐HR boosted positively after treatment with increasing post‐ treatment HDM‐IgE levels in children with pre‐treatment hookworm infection, but no post‐

There is also evidence that this hookworm‐mediated suppression of basophil responsiveness 

an

to HDM has systemic effects. Prevalence of wheeze and HDM‐SPT sensitivity was low: only 8% and  4% of children affected respectively, despite 27% having detectable HDM‐IgE responses.  This is  comparable to other wheeze prevalence estimates in Africa[8, 36], but contrasts with regional 

M

estimates in Western Europe, North America and Oceania of 16.7‐24.2% and 8.1‐24.6% among 13‐14  and 6‐7 year olds respectively[37]. In addition, similarly to other studies[13, 38], hookworm infection 

pt ed

was negatively associated with current wheeze, and AHW‐IgG4 negatively associated with both  current wheeze and HDM‐SPT sensitivity.           

These negative associations with AHW‐IgG4, the marked post‐treatment decrease in AHW‐

IgG4 and simultaneous increase in HR, suggest basophil suppression may be in part IgG4‐mediated.   In allergen‐specific immunotherapy, increases in asIgG4 are more consistently associated with 

ce

clinical effectiveness than changes in IgE[39], and IgG4‐containing sera from treated patients has 

been shown to block basophil activation[40, 41].  Since we used an unwashed system to measure 

Ac

HR, IgG4‐mediated suppression could either be through IgG4 competing with IgE for the same  epitopes, and/or through co‐engagement of low‐affinity IgG receptors FcRII, found on basophils,  with the high affinity receptor FcεRI.  FcRII/FcεRI co‐stimulation on human basophils has been  shown to result in FcRIIB‐dependent inhibition of IgE‐induced activation[22, 42]; both with FcRII 

and FcεRI co‐crosslinking the same antigen and with co‐stimulation with separate antigens[43].  The 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

 

us

treatment HDM‐HR boosting was observed among uninfected children.   

15  increase in non‐specific (α‐IgE‐mediated) HR post‐treatment could additionally suggest that helminth  infection may also regulate basophil cell function non‐specifically, independently of specific IgG4; 

cr ipt

conversely however, observed increases in α‐IgE‐HR could also be related to in vitro total‐IgE  mediated interference. 

In conclusion, our results suggest that basophil responsiveness to IgE‐mediated activation is  suppressed in S. mansoni and hookworm coinfection, but is rapidly restored by anthelmintic 

treatment. Hookworm‐mediated suppression may additionally suppress HDM‐IgE‐induced HDM‐HR, 

Further studies into underlying mechanisms are needed to determine if this is the case, and its 

  Acknowledgements 

M

 

an

clinical relevance to allergy management.  

We are grateful for the help and cooperation of the students and staff at Bwondha Primary School 

pt ed

and the parents/guardians of the children involved in this study. We also thank the field assistants,  Rashid Ssalongo, Hakim Irumba, Musa Mubiru, and Musitwa, for their crucial involvement in this  study. Additional gratitude extends to David Ogutu, Benjamin Tinkitina, and Moses Adriko for their  invaluable assistance in the field, and to Dr Franco Falcone for is very helpful comments and  suggestions.  

ce

 

This study was supported by the Wellcome Trust (programme grant WT 083931/Z/07/Z and project 

Ac

grant WT 094317/Z/10/Z).     

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

and in turn allergy. We speculate that this basophil suppression may be in part IgG4‐mediated. 

16  Footnotes   

cr ipt

(1) None of the authors have any conflict of interest. Per Stahl Skov is an employee of RefLab  ApS, Copenhagen.   

(2) This study was funded by a Wellcome Trust Programme Grant [WT 083931/Z/07/Z] and 

Project Grant [WT 094317/Z/10/Z]. The funders had no role in the study design, data  collection, data analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript. 

Department of Pathology, University of Cambridge, Tennis Court Road, Cambridge CB2 1QP, UK. 

Ac

ce

pt ed

M

an

Tel.: +44 1223 333338; Fax: +44 1223 333741; E‐mail: [email protected]

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

All reprint requests and correspondences should be addressed to: Angela Pinot de Moira, 

17  References  1. Allergy TUIo. European Allergy White Paper: allergic diseases as a public health problem in 

cr ipt

Europe. In: Van Moerbeke D, ed: The UCB Institute of Allergy, 2004.  2. Worldwide variation in prevalence of symptoms of asthma, allergic rhinoconjunctivitis, and atopic  eczema: ISAAC. The International Study of Asthma and Allergies in Childhood (ISAAC) Steering  Committee. Lancet 1998; 351:1225‐32. 

3. Rodriguez A, Vaca M, Oviedo G, et al. Urbanisation is associated with prevalence of childhood 

4. Genuneit J, Strachan DP, Buchele G, et al. The combined effects of family size and farm exposure 

an

on childhood hay fever and atopy. Pediatr Allergy Immunol 2013; 24:293‐8. 

5. Keeley DJ, Neill P, Gallivan S. Comparison of the prevalence of reversible airways obstruction in  rural and urban Zimbabwean children. Thorax 1991; 46:549‐53. 

M

6. Pearce N, Ait‐Khaled N, Beasley R, et al. Worldwide trends in the prevalence of asthma symptoms:  phase III of the International Study of Asthma and Allergies in Childhood (ISAAC). Thorax 2007; 

pt ed

62:758‐66. 

7. Hamilton RG. Clinical laboratory assessment of immediate‐type hypersensitivity. J Allergy Clin  Immunol 2010; 125:S284‐96. 

8. Weinmayr G, Weiland SK, Bjorksten B, et al. Atopic sensitization and the international variation of  asthma symptom prevalence in children. Am J Respir Crit Care Med 2007; 176:565‐74. 

ce

9. Perzanowski MS, Ng'ang'a LW, Carter MC, et al. Atopy, asthma, and antibodies to Ascaris among  rural and urban children in Kenya. J Pediatr 2002; 140:582‐8. 

Ac

10. Vereecken K, Kanobana K, Wordemann M, et al. Associations between atopic markers in asthma 

and intestinal helminth infections in Cuban schoolchildren. Pediatr Allergy Immunol 2012; 23:332‐8. 

11. Moncayo AL, Vaca M, Oviedo G, et al. Effects of geohelminth infection and age on the  associations between allergen‐specific IgE, skin test reactivity and wheeze: a case‐control study. Clin 

Exp Allergy 2012; 43:60‐72. 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

asthma in diverse, small rural communities in Ecuador. Thorax 2011; 66:1043‐50. 

18  12. van den Biggelaar AH, Lopuhaa C, van Ree R, et al. The prevalence of parasite infestation and  house dust mite sensitization in Gabonese schoolchildren. Int Arch Allergy Immunol 2001; 126:231‐

cr ipt

8.  13. Leonardi‐Bee J, Pritchard D, Britton J. Asthma and current intestinal parasite infection:  systematic review and meta‐analysis. Am J Respir Crit Care Med 2006; 174:514‐23. 

14. Flohr C, Quinnell RJ, Britton J. Do helminth parasites protect against atopy and allergic disease?  Clin Exp Allergy 2009; 39:20‐32. 

schistosomiasis: association between IgE antibodies to adult worm antigens and resistance to 

an

reinfection. Eur J Immunol 1992; 22:1483‐94. 

16. Bethony J, Loukas A, Smout M, et al. Antibodies against a secreted protein from hookworm 

FASEB J 2005; 19:1743‐5. 

M

larvae reduce the intensity of hookworm infection in humans and vaccinated laboratory animals. 

17. Faulkner H, Turner J, Kamgno J, Pion SD, Boussinesq M, Bradley JE. Age‐ and infection intensity‐

pt ed

dependent cytokine and antibody production in human trichuriasis: the importance of IgE. J Infect  Dis 2002; 185:665‐72. 

18. Turner JD, Faulkner H, Kamgno J, et al. Allergen‐specific IgE and IgG4 are markers of resistance  and susceptibility in a human intestinal nematode infection. Microbes Infect 2005; 7:990‐6.  19. Demeure CE, Rihet P, Abel L, Ouattara M, Bourgois A, Dessein AJ. Resistance to Schistosoma 

ce

mansoni in humans: influence of the IgE/IgG4 balance and IgG2 in immunity to reinfection after 

chemotherapy. J Infect Dis 1993; 168:1000‐8. 

Ac

20. Hagan P, Blumenthal UJ, Dunn D, Simpson AJ, Wilkins HA. Human IgE, IgG4 and resistance to 

reinfection with Schistosoma haematobium. Nature 1991; 349:243‐5.  21. Pinot de Moira A, Fulford AJ, Kabatereine NB, Ouma JH, Booth M, Dunne DW. Analysis of 

complex patterns of human exposure and immunity to Schistosomiasis mansoni: the influence of  age, sex, ethnicity and IgE. PLoS Negl Trop Dis 2010; 4. 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

15. Dunne DW, Butterworth AE, Fulford AJ, et al. Immunity after treatment of human 

19  22. Cassard L, Jonsson F, Arnaud S, Daeron M. Fcgamma receptors inhibit mouse and human  basophil activation. J Immunol 2012; 189:2995‐3006. 

cr ipt

23. McSorley HJ, Maizels RM. Helminth infections and host immune regulation. Clin Microbiol Rev  2012; 25:585‐608. 

24. Pinot de Moira A, Jones FM, Wilson S, et al. Effects of treatment on IgE responses against 

parasite allergen‐like proteins and immunity to reinfection in childhood schistosome and hookworm  coinfections. Infect Immun 2013; 81:23‐32. 

22.6‐kilodalton antigen from Schistosoma mansoni adult worms are associated with low intensities 

an

of reinfection after treatment. Infect Immun 1996; 64:4042‐6. 

26. Heinzerling L, Frew AJ, Bindslev‐Jensen C, et al. Standard skin prick testing and sensitization to  inhalant allergens across Europe‐‐a survey from the GALEN network. Allergy 2005; 60:1287‐300. 

M

27. Satti MZ, Cahen P, Skov PS, et al. Changes in IgE‐ and antigen‐dependent histamine‐release in  peripheral blood of Schistosoma mansoni‐infected Ugandan fishermen after treatment with 

pt ed

praziquantel. BMC Immunol 2004; 5:6. 

28. Satti MZ, Ebbesen F, Vennervald B, et al. Use of a new glass microfibre histamine release method  to study the modulation of the host response in human schistosomiasis mansoni. Individuals with  different degrees of exposure to the disease show differing antibody biological function. Trop Med  Int Health 1996; 1:655‐66. 

ce

29. Fitzsimmons CM, Jones FM, Stearn A, et al. The Schistosoma mansoni tegumental‐allergen‐like  (TAL) protein family: influence of developmental expression on human IgE responses. PLoS Negl Trop 

Ac

Dis 2012; 6:e1593. 

30. Filmer D, Pritchett L. The effect of household wealth on educational attainment: Evidence from  35 countries. Popul Dev Rev 1999; 25:85‐+.  31. Filmer D, Pritchett LH. Estimating wealth effects without expenditure data‐‐or tears: an  application to educational enrollments in states of India. Demography 2001; 38:115‐32. 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

25. Webster M, Fulford AJ, Braun G, et al. Human immunoglobulin E responses to a recombinant 

20  32. Pritchard DI, Hooi DS, Brown A, Bockarie MJ, Caddick R, Quinnell RJ. Basophil competence during  hookworm (Necator americanus) infection. Am J Trop Med Hyg 2007; 77:860‐5. 

cr ipt

33. Larson D, Cooper PJ, Hubner MP, et al. Helminth infection is associated with decreased basophil  responsiveness in human beings. J Allergy Clin Immunol 2012; 130:270‐2. 

34. Walter K, Fulford AJ, McBeath R, et al. Increased human IgE induced by killing Schistosoma 

mansoni in vivo is associated with pretreatment Th2 cytokine responsiveness to worm antigens. J  Immunol 2006; 177:5490‐8. 

cytokine production in post‐treatment hookworm patients from an endemic area in Brazil. Clin Exp 

an

Immunol 2004; 136:334‐40. 

36. Patel SP, Jarvelin MR, Little MP. Systematic review of worldwide variations of the prevalence of  wheezing symptoms in children. Environ Health 2008; 7:57. 

M

37. Worldwide variations in the prevalence of asthma symptoms: the International Study of Asthma  and Allergies in Childhood (ISAAC). Eur Respir J 1998; 12:315‐35. 

pt ed

38. Scrivener S, Yemaneberhan H, Zebenigus M, et al. Independent effects of intestinal parasite  infection and domestic allergen exposure on risk of wheeze in Ethiopia: a nested case‐control study.  Lancet 2001; 358:1493‐9. 

39. Patil SU, Shreffler WG. Immunology in the Clinic Review Series; focus on allergies: basophils as  biomarkers for assessing immune modulation. Clin Exp Immunol 2011; 167:59‐66. 

ce

40. Ceuppens JL, Bullens D, Kleinjans H, van der Werf J. Immunotherapy with a modified birch pollen  extract in allergic rhinoconjunctivitis: clinical and immunological effects. Clin Exp Allergy 2009; 

Ac

39:1903‐9. 

41. Ejrnaes AM, Svenson M, Lund G, Larsen JN, Jacobi H. Inhibition of rBet v 1‐induced basophil  histamine release with specific immunotherapy ‐induced serum immunoglobulin G: no evidence that 

FcgammaRIIB signalling is important. Clin Exp Allergy 2006; 36:273‐82. 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

35. Geiger SM, Massara CL, Bethony J, Soboslay PT, Correa‐Oliveira R. Cellular responses and 

21  42. Cady CT, Powell MS, Harbeck RJ, et al. IgG antibodies produced during subcutaneous allergen  immunotherapy mediate inhibition of basophil activation via a mechanism involving both 

cr ipt

FcgammaRIIA and FcgammaRIIB. Immunol Lett 2010; 130:57‐65.  43. Kepley CL, Cambier JC, Morel PA, et al. Negative regulation of FcepsilonRI signaling by 

FcgammaRII costimulation in human blood basophils. J Allergy Clin Immunol 2000; 106:337‐48. 

an M pt ed ce Ac

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

us

   

22  Tables   

 

N (%)  Original sample 

cr ipt

Table 1. Pre‐treatment characteristics of participating children 

Participantsa 

 

(n = 350) 

Age (years) 

 

7‐8 

104 (29.7) 

9‐10 

80 (22.9) 

11‐12 

106 (30.3) 

13‐16 

60 (17.1) 

40 (16.7) 

Sex 

 

 

Male 

169 (48.3) 

117 (48.8) 

181 (51.7) 

123 (51.3) 

 

 

 

us 57 (23.8) 

82 (34.2) 

an

M pt ed

SES 

61 (25.4) 

140 (40.0) 

96 (40.0) 

140 (40.0) 

95 (39.6) 

70 (20.0) 

49 (20.4) 

 

 

no wheeze 

277 (92.6) 

201 (91.8) 

Wheeze 

22 (7.36) 

18 (8.2) 

HDM SPT  

 

 

Negative 

295 (96.4) 

227 (95.8) 

Positive 

11 (3.6) 

10 (4.2) 

Total‐IgE (IU/ml) [GMbc, (CI95%)] 

83.58 (73.93, 94.50) 

85.09 (74.74, 96.87) 

Middle  Upper 

Ac

ce

Wheeze 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

Female 

Lower 

(n = 240) 

23  0.136 (0.125, 0.147) 

0.138 (0.126, 0.151) 

HDM‐IgE responsiveness 

 

 

negative d 

203 (74.1) 

170 (73.0) 

positive d 

71 (25.9) 

HDM‐IgG4 responsiveness 

 

negative d 

258 (94.2) 

positive d 

16 (5.8) 

S. mansoni infection prevalence 

319 (91.1) 

cr ipt

HDM‐IgE (IU/ml) [GMbc, (CI95%)] 

63 (27.0)   

13 (5.6) 

us

147.42 (116.82, 186.02) 

Hookworm infection intensity   [GM epg+1, (CI95%)]  Other helminth infection 

193 (80.4) 

67.16 (50.49, 89.34) 

71.75 (51.52, 99.90) 

125 (35.7) 

89 (37.1)e 

 Children completing the study, i.e. children who provided assent, donated at least two pre‐

pt ed

a

271 (77.4) 

M

Hookworm infection prevalence 

172.73 (131.61, 226.72) 

an

[GM epg+1, (CI95%)] 

225 (93.8) 

treatment stool samples, blood samples pre‐ and 8 weeks post‐treatment, and complied with  treatment procedures (n=240)  b 

c

GM, geometric mean  

 An integer, k, was added to antibody readings before calculating geometric means; k = 1.33445 (t‐

ce

IgE), k=0.095 (DM‐IgE)  d

 Detection threshold calculated as the mean+ 3 s.d. of blank wells = 0.228 (HDM‐IgE), 1.22 (HDM‐

Ac

IgG4) 



Specific prevalence of other helminth infections: Trichuris trichiura = 28.3%; Hymenolepis nana = 

10.8%; Enterobius vermicularis = 5.4%; Ascaris lumbricoides = 4.6% 

Downloaded from http://jid.oxfordjournals.org/ by guest on May 7, 2014

S. mansoni infection intensity  

220 (94.4) 

24    Table 2. Pre‐ and post‐treatment associations between plasma levels of antigen‐specific IgE and   

Adjusteda GM ratio (CI95%)b

Antigen 

Pre‐treatmentc 

Post‐treatmentd 

t‐IgE /anti‐IgE 

0.75 (0.57, 1.00)* 

0.91 (0.75, 1.10) 

AHW 

1.05 (1.00, 1.11) 

1.06 (1.02, 1.11)** 

SWA 

1.18 (0.92, 1.50) 

1.65 (1.30, 2.10)*** 

histamine 

cr ipt

 

P‐valuee 

release to  the 

0.21 

respective 

0.77 

antigen  

1.03 (0.92, 1.16) 

1.16 (1.05, 1.29)** 

1.10 (0.76, 1.61)  

Age, sex and SES adjusted 

 

0.89 

 

 GM, geometric mean; CI, confidence interval  



GM increase in pre‐treatment anti‐IgE‐induced or antigen‐induced histamine release with each unit 

M

b

0.07 

an

1.15 (0.82, 1.60) 

 

increase in pre‐treatment plasma levels of t‐IgE or IgE to the same antigen   GM increase in post‐treatment anti‐IgE‐induced or antigen‐induced histamine release with each 

pt ed



unit increase in post‐treatment plasma levels of t‐IgE or IgE to the same antigen   e 

Significance of any change in association between non‐specific or antigen‐specific‐HR and plasma 

IgE levels pre‐ vs. post‐treatment; determined by 2‐level linear regression to allow for correlation  within children, with time (pre‐ or post‐treatment) as “level 1” units and child as “level 2” units, and 

ce

an interaction term fitted between time and antigen‐specific‐IgE   *

hookworm coinfection.

The poor correlation between allergen-specific immunoglobulin E (asIgE) and clinical signs of allergy in helminth infected populations suggests that h...
616KB Sizes 3 Downloads 4 Views